近日，深圳卫视&壹深圳客户端记者从深圳国际量子研究院获悉，在中国科学院院士、深圳国际量子研究院院长俞大鹏带领下，南方科技大学深圳量子科学与工程研究院超导量子计算实验室助理研究员徐源课题组联合福州大学教授郑仕标、清华大学副教授孙麓岩等组成的研究团队，在量子纠错领域取得突破性实验进展。
这一里程碑式的突破代表了迈向实用化可扩展通用量子计算的关键一步，相关研究成果2023年3月22日以“Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit”为题在线发表于国际顶尖学术期刊《自然》(Nature)上。据了解，深圳国际量子研究院为此投入4年多时间，数十位师生研究团队参与攻关。
（论文上线截图）量子计算机是指利用量子力学所特有相干叠加纠缠等特性，来实现远超越经典计算机的信息处理能力。然而，在运算过程中，量子比特不可避免地会发生一些操作错误或者量子态的读取错误，因此必须进行量子纠错。
联合研究团队通过实时重复的量子纠错过程，延长了量子信息的存储时间，在国际上首次超过不纠错情况下的最好值。
01 量子纠错是什么？
南方科技大学深圳量子科学与工程研究院超导量子计算实验室助理研究员徐源表示，量子计算机利用量子力学所特有的相关叠加纠缠特性，能够超越经典计算机强大的信息处理能力。
但是量子系统也非常脆弱，很容易受到这种环境中噪声的影响，使得它在计算过程中会出现错误，那它出现错误了怎么办？
徐源介绍，这个时候就需要能够及时地去实时监测它发生了什么错误，并且及时修正，这个过程就称之为“量子纠错”。
“但是量子纠错容易陷入越纠越错的尴尬局面，为了解决这个情况，联合研究团队利用微波简谐振子或玻色模式系统中的无穷维希尔伯特空间，实现量子信息的冗余编码与量子纠错。”
量子纠错过程示意图据了解，一台没有纠错能力的量子计算机，没有任何实际应用价值。“只有实现了能够纠错的量子计算机，量子计算机才能够实现通用的量子信息处理任务。”
徐源认为，下一个在量子计算领域里程碑式的工作，将会是利用这种可纠错的逻辑量子比特，实现高精度的逻辑量子操控，“这也是我们接下来将要努力的一个研究方向。”
02 深圳前沿布局量子科技
为量子信息产业发展奠定坚实基础
目前，量子计算技术是全世界尤其是强国竞相竞争的一个战略制高点。俞大鹏院士表示，量子计算机代表了一种颠覆性的算力技术。跟经典计算机相比，它的算力如果是一个指数的理论极限的话，那么量子计算机就是一个指数能力的提升，能够解决指数难度的问题。
俞大鹏院士介绍，量子计算机有可能提供一种颠覆性的算力，为第四次工业革命提供强大的算力支撑。“因为第四次工业革命的基本特征就是万物互联互通，然后实现信息物理化、数字化。这就需要一种颠覆性算力，量子计算机则提供了这样的一种可能性。”
近年来，深圳依托电子信息产业优势，结合粤港澳大湾区量子科技研究特色和区域需求，前瞻布局量子科技等前沿技术创新领域。
去年6月，深圳出台“20+8”产业集群政策，将“量子信息”列为八大未来产业之一，提出要重点发展量子计算、量子通信、量子测量等领域，建设一流研发平台、开源平台和标准化公共服务平台，推动在量子操作系统、量子云计算、含噪声中等规模量子处理器等方面取得突破性进展，建设粤港澳大湾区量子科学中心。
《深圳市培育发展未来产业行动计划（2022-2025年）》也提到，量子信息等四个未来产业处于孕育期，规模较小，但10至15年内有望成为战略性新兴产业中坚力量。
目前，深圳成立了包括深圳量子科学与工程研究院、大湾区量子技术创新研究院、深圳市计量质量检测研究院、广东省量子调控工程与材料重点实验室和量子物质研究院等在内的一批研究机构，并取得了一系列令人瞩目的研究成果。
以深圳量子科学与工程研究院为例，该研究院由深圳市科创委专项支持，依托南方科技大学建设，是深圳科技创新行动计划首批启动建设的十大基础研究机构之一。经过5年的发展，该院已在全球吸引超过360人的人才队伍，成为我国量子科技的南方高地。
提前布局的高水平科研机构，不断吸引高水平的人才，产出高水平的科研成果，这也为深圳发展量子信息产业奠定了坚实的基础。
在俞大鹏院士看来，作为“科技之城”和“创业之都”，高新技术产业是深圳的城市硬核，量子科技是未来信息技术取得颠覆性创新的潜在领域。“深圳作为全球信息产业最发达的城市之一，在量子科技领域大有可为。”
记者：唐萍 陈楠 蒋蒙（见习）
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